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1、8.2 光波的叠加,1、波的叠加现象,一、波的叠加原理,振幅相加(振动的叠加)独立传播,2、波的叠加原理:,线性方程,3、注意几个概念: 叠加结果为光波振动的矢量和,而不是光强的和。 光波传播的独立性:两个光波相遇后又分开,每个光波仍然保持原有的特性(频率、波长、振动方向、传播方向等)。叠加的合矢量仍然满足波动方程的通解。一个实际的光场是许多个简谐波叠加的结果。叠加是线性的,但当光强很大时这种叠加原理不再适用,1、三角函数的叠加,二、两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加,2、复函数的叠加,3、相幅矢量加法,4、对叠加结果的分析,P点的合振动也是一个简谐振动,振动频率和振动方向都与两个单色
2、光波相同,合成的光强,光程,光在介质中的几何路程,=,介质折射率,=,光在真空中的传播路程,光程差,对应,光强的强弱,是分析,光的干涉,光的衍射,重要的物理量,牢固树立光程差概念是求解干涉、衍射问题的方法,两个频率相同、振动方向相同而传播方向相反的单色光波的叠加将形成驻波。垂直入射的光波和它的反射光波之间将形成驻波。,三、驻波,与z无关,波不会在z方向上传播故这个波称为驻波,驻波,行波,没有能量的传播,伴随能量的传播,四、两个频率相同、振动方向垂直的单色光波的叠加,合振动的大小和方向随时间变化,合振动矢量末端运动轨迹方程为:,合振动的角频率为 ,合振动矢量末端运动轨迹方程为椭圆,椭圆偏振光,椭
3、圆形状的分析:( ),1、右旋光:迎着光的传播方向观察,合矢量顺时针方向旋转。,2、左旋光:迎着光的传播方向观察,合矢量逆时针方向旋转。,右旋光与左旋光,偏振态的表示:,1,振幅比和相位差2,椭圆参数和旋向,光学拍是由两个频率接近、振幅相同、振动方向相同且在同一方向传播的光形成的。,两个单色波,合成波,合成波的振幅变化,合成波的强度变化,五、光学拍,lm,A,合成波是一个频率为 而振幅受到调制的波,合成波的强度随时间和位置而变化的现象称为拍。其频率称拍频。,拍频的应用:利用已知的一个光频率w1,测量另一个未知的光频率w2。,1、相速度:等位相面传播的速度,六、群速度和相速度,2、群速度:等振幅面传播的速度,即振幅调制包络的移动速度,在真空中传播时,波速相同,相速度和群速度相等。在色散介质中传播时,不同频率的光波传播速度不同,合成波形在传播过程中会不断地变化,相速度和群速度便不同了。,3、群速度与相速度关系,当 很小时,群速度与相速度有如下关系,复杂波的群速度可认为是振幅最大点的移动速度,波动携带的能量与振幅平方成正比,群速度是光能量或光信号的传播速度,而不是相速度,